Gli impianti a pannelli radianti

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1 NOTIZIARIO DI IMPIANTISTICA Gli impianti a pannelli radianti (Ing. Mario Doninelli e Ing. Umberto Bianchini dello studio tecnico S.T.C.) Sono veramente affidabili gli impianti a pannelli? Perchè ad essi spesso si guarda con una certa diffidenza? E vero che provocano mal di testa, gonfiore di gambe, eccessiva sudorazione? Oppure è vero il contrario? E cioè che questi impianti sono molto validi e da preferirsi, in molti casi, ai sistemi di riscaldamento tradizionali? Queste sono le principali domande a cui ci proponiamo di dar risposta nell articolo che segue. I PRIMI IMPIANTI Non è certamente una tecnica dei nostri giorni quella di riscaldare ambienti col calore emesso da pavimenti caldi. Numerosi documenti e reperti archeologici ci testimoniano infatti che questo tipo di riscaldamento fu utilizzato, più di duemila anni fa, da Cinesi, Egiziani e Romani. spigoli arrotondati. Le reti di distribuzione dei gas caldi erano molto ben progettate e realizzate. Solo agli inizi di questo secolo, però, il riscaldamento a pavimento appare nella sua configurazione attuale. Fu un inglese, il professor Barker, il primo a realizzare e a coprire con brevetto un sistema per riscaldare i locali con acqua calda convogliata in tubi sotto pavimento. Il brevetto fu poi ceduto alla Crittal Company che lo utilizzò per la prima volta, nel 1909, a Liverpool. Fino alla fine della seconda guerra mondiale, comunque questo tipo di riscaldamento fu poco utilizzato. Cominciò a diffondersi in modo significativo solo nel periodo delle grandi ricostruzioni del dopoguerra. Ed è proprio analizzando la sua storia in questo periodo che possiamo trovare risposta alle incertezze e ai dubbi richiamati nella premessa dell articolo. Il sistema adottato dai Cinesi e dagli Egiziani era abbastanza semplice. Consisteva essenzialmente nel realizzare un focolare interrato e nel far passare i suoi fumi sotto il pavimento del locale da riscaldare. In pratica era un tipo di riscaldamento monolocale. Il sistema adottato dai Romani era invece molto più complesso e introduceva il concetto di impianto centralizzato. Con i fumi di un solo grande focolare, essi riuscivano a riscaldare più locali e anche più edifici. Per favorire il tiraggio, i pavimenti poggiavano su pilastrini in mattoni con IDRAULICA 3

2 GLI IMPIANTI REALIZZATI NEL SECONDO DOPOGUERRA Negli anni che vanno dal Quarantacinque al Cinquanta, in Europa furono costruiti più di alloggi con riscaldamento a pannelli radianti. La tecnica di base adottata era quella di annegare sottopavimento tubi in acciaio da 1/2 (talvolta anche da 3/4 ). I tubi erano ancorati direttamente alla soletta senza alcuna interposizione di materiale isolante. dichiararono il riscaldamento a pannelli causa di gravi disturbi fisiologici, quali ad esempio cattiva circolazione, innalzamento della pressione arteriosa, mal di testa cronico, eccessiva sudorazione, ecc... Dopo una breve alba, l impianto a pannelli conobbe così una durissima contestazione. In Francia e in Germania furono anche istituite Commissioni d inchiesta col compito di individuare eventuali responsabilità di chi aveva progettato e realizzato questi impianti. I RISULTATI DELLE COMMISSIONI D INCHIESTA Diversi erano i vantaggi, soprattutto di ordine pratico, che un tale sistema poteva offrire. In merito un bollettino tecnico Dalmine degli anni Cinquanta, ci dà (naturalmente nel contesto di quei tempi) le seguenti informazioni: il costo dell impianto a pannelli è molto inferiore a quello degli impianti a termosifone, come dimostra il fatto che circa 11 m di serpentine da 1/2 corrispondono, come emissione termica, a 1 mq di radiatori. D altra parte negli impianti a pannelli oltre alla differenza di costo dell impianto in sé stesso, vanno considerati anche i seguenti fattori: a) la posa delle serpentine richiede meno tempo della posa dei radiatori; b) non si richiede un muratore per la apertura di fori, per la muratura di zanche, sostegni, ecc...; c) non si richiede verniciatura nè attacchi o riattacchi dei radiatori che intralciano le opere di finitura; d) con i pannelli si evita la necessità di modifiche, e quindi di spese addizionali, in caso di spostamento dei divisori. Ben presto, però, all ottimismo di queste promesse si contrappose il pessimismo dei risultati. Innumerevoli furono i casi di malessere segnalati. Alle segnalazioni seguirono poi denunce col supporto di medici che Queste Commissioni svolsero un lavoro che può esser citato come esempio di chiarezza e validità scientifica. Le loro conclusioni furono concordi nel sostenere che negli impianti a pannelli realizzati il malessere fisiologico era reale, ed era da addebitarsi ai valori troppo elevati di due grandezze: 1. la temperatura del pavimento, 2. l inerzia termica delle solette. Con una serie di incontestabili prove, dimostrarono che per evitare condizioni di malessere la temperatura del pavimento non deve superare i C. Al contrario, negli impianti realizzati, si raggiungevano quasi sempre temperature molto più alte, anche dell ordine di C. Evidenziarono inoltre che, negli impianti realizzati, era molto elevata la quantità di calore accumulata nelle solette. E questo calore, ceduto anche ad impianto spento, surriscaldava troppo i locali, determinando così ulteriori motivi di malessere ambientale. Gli impianti a pannelli realizzati uscirono decisamente male dall esame delle Commissioni. Furono dichiarati inaffidabili con giudizi severi e senza appello. Le stesse Commissioni, tuttavia, misero in rilievo che i deludenti risultati ottenuti non erano da addebitarsi al tipo di impianto in sè stesso, bensì al mancato rispetto di alcuni limiti progettuali. Dimostrarono, anzi, che gli impianti a pannelli, se costruiti nel rispetto di ben definiti limiti, potevano offrire un comfort termico sensibilmente superiore a quello degli impianti a caloriferi o a convettori. 4 IDRAULICA

3 GLI IMPIANTI DEGLI ANNI SETTANTA L evento che di nuovo richiamò l attenzione sugli impianti a pannelli fu la crisi energetica degli anni Settanta. Sotto la spinta di tale crisi, infatti, quasi tutti i paesi europei emanarono leggi che imposero l isolamento termico degli edifici. Fu così possibile riscaldare i locali con minor calore e quindi (nel caso dei pannelli) con temperature a pavimento più basse. In particolare il livello medio di isolamento imposto consentiva facilmente di riscaldare i locali con temperature del pavimento inferiori ai C: inferiori, cioè, ai limiti individuati dalle Commissioni sopra citate. Temperature più basse a pavimento consentivano inoltre di ridurre l inerzia termica delle solette. A tal fine furono anche realizzate solette a pavimento galleggiante con un efficace isolamento termico sia sotto i tubi, sia verso le pareti. Tutto questo rese gli impianti a pannelli termicamente flessibili: in grado, cioè, di adeguarsi facilmente alle variazioni di calore richieste. VANTAGGI OFFERTI DAGLI IMPIANTI A PANNELLI Gli impianti a pannelli sono in grado di offrire diversi vantaggi: fra questi i più importanti sono: - l elevato benessere termico, - il calore utilizzabile a basse temperature, - l aspetto igienico-estetico, - la non visibilità dei terminali, - la libertà d arredo. Riproposto in un contesto edilizio e con soluzioni che consentivano il rispetto dei limiti progettuali messi a fuoco vent anni prima, il nuovo sistema a pannelli ebbe così finalmente la possibilità di potersi fare apprezzare per tutti i vantaggi, e non sono pochi, che esso può effettivamente offrire. IDRAULICA 5

4 BENESSERE TERMICO Due fra i più significativi fattori che contribuiscono a determinare il benessere termico dipendono: 1. dal variare della temperatura in relazione all altezza del locale, 2. dalla qualità dell aria. L influenza del primo fattore è descritta dal diagramma sottoriportato, le cui curve rappresentano le variazioni temperaturaaltezza nei seguenti casi: curva A condizioni ideali, B impianti a pannelli, C impianti a radiatori, D impianti a ventilconvettori. CALORE UTILIZZABILE A BASSA TEMPERATURA Gli impianti a pannelli riscaldano con temperature dell acqua sensibilmente inferiori a quelle degli impianti a radiatori e a ventilconvettori. E per questo diventano una scelta praticamente obbligata quando si intendono utilizzare caldaie a condensazione, pompe di calore, pannelli solari, o sistemi di recupero con energia a basso livello termico. Conveniente è il loro uso anche con il teleriscaldamento dove il costo del calore è quasi sempre legato alla sua temperatura di prelievo. ASPETTO IGIENICO-ESTETICO 2,50 2,00 1,50 1,00 A B C D Come già accennato, il riscaldamento con radiatori e con ventilconvettori causa la combustione del pulviscolo atmosferico. Tale fenomeno, oltre a provocare senso di arsura e irritazione alla gola, genera anche i tipici aloni e le striature nerofumo che appaiono dietro e sopra i corpi scaldanti. Il riscaldamento a pannelli radianti è, invece, del tutto immune da simili inconvenienti. Altezza (m) 0,50 Temperatura ( C) Come è facile constatare è proprio l impianto a pannelli quello che più si avvicina alle condizioni ideali. Per quanto riguarda la qualità dell aria, invece, le esperienze del professor Gonzenbach di Zurigo hanno evidenziato che le superfici dei corpi scaldanti (quando superano i 40 C) provocano la combustione del pulviscolo contenuto nell aria. Ed è questa la causa principale del senso di arsura e di irritazione alla gola che spesso si avverte negli ambienti riscaldati con radiatori e ventilconvettori. Al contrario, l impianto a pannelli radianti, mettendo in gioco temperature relativamente basse, non provoca alcuna alterazione dell aria. NON VISIBILITA DEI TERMINALI La presenza di corpi scaldanti tradizionali può causare problemi d impatto ambientale quando si devono riscaldare edifici di rilievo storico o architettonico. La non visibilità dei pannelli consente invece interventi che non alterano in alcun modo l equilibrio estetico delle forme originarie. LIBERTA D ARREDO L ingombro di radiatori, convettori e ventilconvettori può talvolta limitare, specie in alloggi di piccole dimensioni, le possibilità di arredo e il libero utilizzo dello spazio disponibile. Nessuno di questi vincoli viene invece imposto dagli impianti a pannelli. 6 IDRAULICA

5 LIMITI DEGLI IMPIANTI A PANNELLI Il più importante limite è quello relativo alla temperatura del pavimento. In merito le norme DIN impongono di non superare i 29 C. Le uniche eccezioni riguardano i bagni e le zone perimetrali, dove si possono raggiungere i 35 C. Il limite imposto di 29 C fissa anche implicitamente in 90 kcal/m 2 la massima quantità di calore cedibile dal pavimento. Se con tale emissione non si riesce a riscaldare i locali è allora consigliabile adottare altri sistemi di riscaldamento. Un altro limite dei pannelli è che essi non consentono una rapida messa a regime dell impianto. Non sono quindi adatti in ambienti che devono essere riscaldati in modo discontinuo, come ad esempio le case di fine settimana. COSTI DI REALIZZAZIONE E DI GESTIONE E praticamente impossibile stabilire, per questi impianti, costi di realizzazione generalizzabili. Troppe, infatti, sono le variabili da prendere in esame: quali la tipologia costruttiva, la qualità e il relativo costo dei tubi, il sistema di regolazione, ecc.... Si può comunque ritenere che mediamente un impianto a pannelli costi circa il 20-30% in più di un impianto a radiatori. merito non sono più giustificabili. Si riferiscono ad una realtà ormai superata: quella del secondo dopoguerra. Ed è molto importante guardare a questi impianti senza pregiudizi. Avere le idee chiare serve a cogliere tutte le opportunità che essi possono offrirci. Ad esempio, ai Progettisti gli impianti a pannelli offrono la possibilità di realizzare impianti ad elevato comfort termico, ad impatto ambientale nullo e in grado di funzionare a bassa temperatura: cioè in grado di sfruttare adeguatamente quelle che sono considerate le fonti energetiche del futuro: le caldaie a condensazione, il teleriscaldamento e le pompe di calore. Agli Installatori, invece, questi impianti possono offrire nuove occasioni di lavoro in un settore del mercato destinato ad una continua e sicura espansione. E quest ultima affermazione (per quanto sia arduo sfidare gli eventi futuri con previsioni così perentorie) non ci pare nè gratuita, nè troppo azzardata. Riteniamo infatti nella logica delle cose, o forse meglio nella logica dell evoluzione tecnica, che anche in Italia gli impianti a pannelli trovino presto la stessa diffusione e fortuna che hanno avuto, e hanno tuttora, nei paesi tecnologicamente più evoluti del nord Europa. Per quanto riguarda invece i costi di gestione, il riscaldamento a pannelli consente un certo risparmio (valutabile dal 10 al 15%) rispetto agli altri sistemi, in quanto garantisce una miglior distribuzione del calore. CONCLUSIONI In base a quanto esposto riteniamo che ormai non dovrebbero più sussistere ragionevoli dubbi sull affidabilità e validità del riscaldamento a pannelli. Come abbiamo visto, paure e diffidenza in IDRAULICA 7

6 Ci sorreggeva la forza e l entusiasmo dei trent anni e forse anche il fatto di sentirci un pò pionieri nella riscoperta di questo impianto che solo allora cominciava timidamente a riproporsi dopo le disastrose esperienze degli anni Cinquanta. Definito e verificato quello che ritenemmo un soddisfacente sistema di calcolo, passammo poi alla sua presentazione scrivendo un Manuale per il calcolo dei pannelli radianti a pavimento edito dalla SCANTEC. Faceva parte integrante del manuale anche un programma di calcolo automatico, prima redatto su schede per gli ormai antidiluviani Texas TI 59 e poi su floppy per i primi PC. E in quest ultima versione il programma è ancora proposto e utilizzato dalla SCANTEC. Comunque ben presto non dovrebbero più sussistere indecisioni in merito al metodo di calcolo da utilizzare. Infatti, anche in Italia, sarà obbligatorio seguire le procedure imposte da una specifica norma UNI, che dovrebbe ormai essere approvata in tempi molto brevi. trovare certificati d invecchiamento redatti con molte imprecisioni e diverse forzature. Ad esempio è facile trovare certificati del tutto generici riferiti al materiale e non (come invece è necessario) ai tubi. E facile trovare anche certificati con dati estrapolati su periodi di prova (qualche giorno) troppo brevi per poter dare informazioni significative su come i tubi si comporteranno col passare degli anni. LA SCELTA DEI TUBI I tubi in materiale plastico sono quelli che meglio si prestano a realizzare impianti a pannelli perchè, a differenza di quelli metallici, 1) sono facili da posare, 2) non si corrodono, 3) non consentono depositi di calcare. Non va comunque dimenticato che questi tubi possono riservare anche sgradite sorprese. Infatti, come la maggior parte dei prodotti plastici, possono invecchiare precocemente. Possono, cioè, nel giro di pochi anni, diventare fragili e rompersi con facilità. E dunque indispensabile scegliere questi tubi con molta cautela e direi anche senza considerare verità indubitabili quanto riportato sui certificati di invecchiamento artificiale esibiti dai Produttori. In Italia, infatti, non esistono norme precise in merito. E così possibile IDRAULICA 15

7 Pertanto direi che, in questo contesto, la via più sicuramente percorribile sia quella di fidarsi solo di Produttori molto seri e qualificati. Direi inoltre che è meglio dare preferenza a quei Produttori che operano sui mercati dei paesi tecnologicamente più evoluti, quali ad esempio: gli Stati Uniti, la Germania, l Inghilterra, la Francia o la Svezia. Per poter, infatti, operare su questi mercati occorre sottostare a rigorose norme e a severi collaudi. Occorre, cioè, dare quelle garanzie che il nostro mercato non è ancora in grado di richiedere e verificare. SISTEMI DI REGOLAZIONE Un buon sistema di regolazione per pannelli deve essere in grado di 1) rendere minima l inerzia termica del pavimento 2) garantire il non superamento della temperatura limite di sicurezza. La prima richiesta può essere soddisfatta con regolazioni di tipo climatico. Queste regolazioni infatti consentono di inviare ai pannelli fluido alla minima temperatura necessaria per far fronte al fabbisogno termico richiesto. E pertanto consentono anche di mantenere minimo il calore che si accumula nel pavimento. Si possono convenientemente adottare sia sistemi con regolazione climatica semplice, sia sistemi con regolazione climatica integrata con valvole termoelettriche sui pannelli. Quest ultima soluzione serve soprattutto per meglio sfruttare gli apporti gratuiti di calore. Decisamente non in grado di minimizzare l inerzia termica del pavimento sono invece le regolazioni che funzionano in on-off a temperatura fissa. Infatti con queste regolazioni si può cedere calore solo portando il fluido alla massima temperatura prevista (quella di progetto). Si può, cioè, cedere calore solo in condizioni che rendono massima, invece che minima, la quantità di energia che si accumula nel pavimento. E con troppa energia accumulata nel pavimento i locali si surriscaldano facilmente. Molto lente, inoltre, diventano le risposte dell impianto al variare del carico termico richiesto. Ad un sistema di regolazione per pannelli si richiede anche la capacità di garantire il non superamento della temperatura limite di sicurezza. Questa prestazione serve ad evitare che starature o irregolarità di funzionamento del sistema di regolazione possano far giungere ai pannelli fluido a temperature troppo elevate. In merito va tenuto ben presente che temperature di C possono far saltare i pavimenti e provocare gravi lesioni alle strutture murarie. In genere è consigliabile ricorrere a sistemi di regolazione già predisposti per l inserimento della sonda di sicurezza. E bene, inoltre, che la sonda sia protetta contro manomissioni casuali e mandi in blocco sia la valvola di regolazione, sia l elettropompa dell impianto. X N L LP Ps Ma Mc Aperto Chiuso N F 2 1,5 6 Banda Rete 230 V~ 50 Hz Pompa Secondario N Miscelatrice N Estate Stazione Ambiente Serie 151 Stazione Ambiente Serie 151 Sonda - Esterna Sonda - Mandata Limitatore Mandata 12 SA1 11 SA2 10 -I 1 Se 9 Se Sm 5 Sm X1 16 IDRAULICA

8 CONVIENE RAFFRESCARE CON I PANNELLI? RAFFRESCARE COI PANNELLI Da un paio d anni alcuni produttori pubblicizzano l uso dei pannelli anche per il raffrescamento estivo dei locali e presentano questa soluzione come una grande novità dalle inaspettate e straordinarie prestazioni. In vero si tratta di una soluzione che ha più di trent anni (una volta si usava come fluido raffrescante l acqua di pozzo) e che presenta due ben precisi limiti: 1) la bassa resa frigorifera dei pannelli, 2) l impossibilità di deumidificare. La bassa resa frigorifera dei pannelli è legata al fatto che non è possibile abbassare troppo la temperatura del pavimento senza provocare fenomeni di condensa. In pratica risulta difficile ottenere valori di potenza frigorifera superiori a W/m 2. E con tali potenze è possibile raffrescare solo ambienti molto protetti, con finestre a nord, scarso affollamento e bassa densità d illuminazione. Basta considerare che in Italia, il carico energetico in ambienti normali varia mediamente da 110 a 150 W/m 2. L impossibilità di deumidificare porta inoltre ad un clima interno non certo ideale. Raffrescare senza deumidificare, infatti, causa un notevole aumento dell umidità relativa. E questo crea un clima da cantina tutt altro che confortevole. Accettabili condizioni ambientali si possono ottenere solo con l aiuto di deumidificatori, cioè con integrazioni dell impianto a pannelli che comportano sensibili aumenti di costo e anche ingombri difficilmente accettabili nell edilizia residenziale. Ritengo pertanto che nel nostro paese raffrescare con pannelli sia conveniente solo in casi particolari: ad esempio in sale di musei o in saloni di vecchi palazzi. Deve comunque trattarsi di ambienti che richiedono un basso carico termico e in cui si prevede anche la realizzazione di sistemi atti a tener sotto controllo l umidità dell aria. Raffrescare con pannelli può essere conveniente anche in alcuni paesi nordici, dove le temperature e i tassi di umidità sono sensibilmente inferiori ai nostri. Ritengo infine che forzare troppo da noi questa soluzione non sia rendere un buon servizio alla corretta conoscenza e quindi alla diffusione degli impianti a pannelli. Penso infatti che questi impianti potranno avere anche in Italia la stessa diffusione che ormai da tempo hanno nei paesi tecnologicamente più evoluti, solo se potranno contare su un informazione precisa, coerente e soprattutto capace di individuarne e sottolinearne i limiti. IDRAULICA 17